Тепловой скачок. 
Теплотехника в 2 т. Том 1. Термодинамика и теория теплообмена

В тех случаях, когда на весьма малом участке канала происходит выделение теплоты, вызывающее мгновенную перестройку течения, то говорят о тепловых скачках. Для дозвуковой области течения выделение теплоты приводит к однозначному изменению состояния: расширению газа и увеличению скорости (числа Маха). Для сверхзвуковой области течения возникают сложные тепловые скачки.

Значительный интерес могут представлять два вида тепловых скачков: распространение детонации горения и так называемые скачки конденсации.

Детонационное горение.

В отличие от медленного горения, детонационное горение распространяется с огромными скоростями (порядка нескольких километров в секунду) и сопровождается значительными разрушительными действиями. Последнее свидетельствует о возникновении в самой волне (и особенно при обтекании ею препятствий) весьма высоких давлений. Известно, что скорость распространения детонационной волны превосходит скорость звука в начальной смеси.

По мнению Л. А. Вулиса, детонационная волна представляет собой два последовательных скачка: адиабатический, переводящий газ из сверхзвукового движения в дозвуковое, и тепловой — в дозвуковом потоке. Схема детонационной волны представлена на рис. 4.7. Так, на участке 1—2 происходит адиабатический скачок уплотнения, а в зоне горения 2—3 — тепловой скачок во фронте пламени. (Более подробные сведения можно почерпнуть из специальной литературы.).

Рис. 4.7. Схема детонационной волны во фронте пламени.

Для сравнения работы сопла Лаваля при расчетном и нерасчетных режимах работы рассмотрим реакцию струи, когда из ракетного двигателя (рис. 4.8) происходит истечение жидкости или газа со скоростью W_a.

При сверхкритическом истечении (М_а >1) давление на срезе сопла не зависит от величины противодавления и определяется начальным давлением в камере и процессом изменения состояния в сопле.

Расчетный режим истечения — частный случай равенства давлений на срезе сопла и в окружающей среде: р_а = p_h (рис. 4.8, а). В таком сопле возникает результирующая сила (тяга) P_Rf направленная в сторону, противоположную истечению и, в общем случае, пропорциональная W — скорости движения жидкости вдали от выходного сечения сопла аппарата.

Истечение с недорасгиирением. В случае р_а > p_h (рис. 4.8, б) происходит педорасширение до скорости W_a («укороченное» сопло), потеря энергии и недополучение требуемой тяги.

Истечение с перерасгиирением. В случае р_а < p_h (рис. 4.8, б) происходит перерасширение, давление газовой струи на выходе из сопла становится равным давлению окружающей среды путем одного или нескольких скачков уплотнения. Максимум величины W' приходится на расчетный режим, поскольку и при нерерасширении и скачках уплотнения скорость потока замедляется, а тяга Р_к надает.

Рис. 4.8. Влияние режима истечения на величину реакции струи:

а — расчетный режим; б — истечение с недорасширением; в — истечение с перерасширением; р_а — давление в выходном сечении сопла; p_h — давление в окружающей среде; Р_к — результирующая сила (тяга).